电子技术第1章1.1W---电子技术解析PPT教学课件
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第1章 半导体
1.1 半导体二极管 1.2 双极型晶体三极管 1.3 集成运算放大器及其应用
2020/10/16
1
1.1 半导体二极管
1.1.1 半导体材料
半导体：导电能力介于导体和绝缘体 之间的某些物质。如硅、锗、硒和砷化镓 等都是半导体。
2020/10/16
2
半导体的导电特性：
热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。
排列完全一致的晶体称为单晶。完全纯净 的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体， 无光照和未受热时不导电。
2020/10/16
5
硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
2020/10/16
共价键共 用电子对
6
共价键中的两个电子被紧紧束缚在 共价键中，称为束缚电子，常温下束缚 电子很难脱离共价键成为自由电子，因 此本征半导体中的自由电子很少，导电 能力很弱。
2020/10/16
8
2.杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质， 就会使半导体的导电性能发生显著变化。
其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度 大大增加。载流子：电子，空穴
N型半导体（多数载流子为电子，电子 导电型半导体）
P型半导体（多数载流子为空穴，空穴 导电型半导体）
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9
N型半导体 硅或锗 +少量磷 N型半导体
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
－－－－ － －
N型半导 内电场E 体
+ + + +所以+扩+散和漂 移这一对相反
+ + + +的运+动+最终达 + + + +到于平两+衡个+，区相之当间 + + + +没有+电+荷运动，
空间电荷区的 厚度固定不变。
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当温度升高或受到光照后,共价键中 的价电子挣脱共价键束缚,成为自由电子, 称为本征激发。
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7
本征激发后留下的空位称为空穴。空 穴和电子一样可以参与导电,是带正电荷的 载流子。
本征激发中产生的两种载流子总是成 对出现的。实际上,在自由电子-空穴对产 生的过程中,还同时存在复合过程。温度 一定时,激发和复合达到平衡。
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10
硅原子 磷原子
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N型半导体
Si
Si
多余电子
P
Si
N型硅表示 +
11
P型半导体
硅或锗 +少量硼 P型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，
如硼（或铝,铟），晶体点阵中的某些半导体
原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价
电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，
扩散运动
18
1.1.3半导体二极管及其特性
• 半导体二极管的核心部分就是一个PN结。 P区引出端叫正极(或阳极)，N区引出端 叫负极(或阴极)。二极管一般采用文字符 号“D”表示，箭头所指方向是PN结正 向电流的方向，它表示二极管具有单向导 电性。
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1.二极管的单向导电性 二极管的正向接法: P区加高电压、N区加低电压。
P型半导体
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+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N型半导体
14
PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和N型半导体，经过载流子的 扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。
PN结形成空间电荷区,内电场由N区 指向P区。
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15
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
N型半导 内电场E 体
－－－－ － － + + + + + +
－－－－ － － + + + + + +
－－－－ － － + + + + + +
－－－－ － － + + + + + +
空间电荷区
(耗尽层)
2020/10/16
扩散运动
16
PN结处载流子的运动
漂移运动
－－ + +
反向饱和电流 很小，A级
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
－－－－ － －
N型半导 内电场E 体
+ +++++ + + 内移+电运+场 动越越+ 强强+，，就而使漂漂移 + + 使+空+间电+ 荷+区加宽。
+ +++++
扩散的结果是使空间电
荷区逐渐变薄。
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扩散运动
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PN结处载流子的运动
二极管的反向接法: P区加低电压、N区加高电压。
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20
PN结正向偏置
空间电荷区变薄
P
－+
+
－+
－+ 正向电流
－+
N _
内电场减弱，使扩散加强， 扩散漂移，正向电流大
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_
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PN结反向偏置 空间电荷区变厚
P
－－ + +
N
－－ + +
+
－－ + +
光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。
掺杂灵敏性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
百度文库
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3
1.1.2 本征半导体、P型半导体及N型半导体
产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子
来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电
的离子。由于硼原子接受电子，所以称硼为
受主杂质。
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硅原子 空穴
P型半导体 Si Si
硼原子
B
Si
P型硅表示
空穴被认为带一个单位的正电荷，并且
可以移动 2020/10/16
13
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷 （或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被 杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子， 其中四个与相邻的半导体原子形成共价键， 必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚， 很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子 就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原 子给出一个电子，称磷为施主杂质。
1.本征半导体
现代电子学中，用的最多的半导体是硅(14)和锗 32)，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
Si 硅原子
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Ge
锗原子
4
在硅和锗晶体中，每个原子与其相邻的原 子之间形成共价键，共用一对价电子。形成共 价键后，每个原子的最外层周围电子是八个， 构成稳定结构。
共价键就是相邻两个原子中的价电子作为 共用电对而形成的相互作用力。共价键有很强 的结合力，使原子规则排列，形成晶体。
1.1 半导体二极管 1.2 双极型晶体三极管 1.3 集成运算放大器及其应用
2020/10/16
1
1.1 半导体二极管
1.1.1 半导体材料
半导体：导电能力介于导体和绝缘体 之间的某些物质。如硅、锗、硒和砷化镓 等都是半导体。
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2
半导体的导电特性：
热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。
排列完全一致的晶体称为单晶。完全纯净 的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体， 无光照和未受热时不导电。
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硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
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共价键共 用电子对
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共价键中的两个电子被紧紧束缚在 共价键中，称为束缚电子，常温下束缚 电子很难脱离共价键成为自由电子，因 此本征半导体中的自由电子很少，导电 能力很弱。
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2.杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质， 就会使半导体的导电性能发生显著变化。
其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度 大大增加。载流子：电子，空穴
N型半导体（多数载流子为电子，电子 导电型半导体）
P型半导体（多数载流子为空穴，空穴 导电型半导体）
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N型半导体 硅或锗 +少量磷 N型半导体
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
－－－－ － －
N型半导 内电场E 体
+ + + +所以+扩+散和漂 移这一对相反
+ + + +的运+动+最终达 + + + +到于平两+衡个+，区相之当间 + + + +没有+电+荷运动，
空间电荷区的 厚度固定不变。
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当温度升高或受到光照后,共价键中 的价电子挣脱共价键束缚,成为自由电子, 称为本征激发。
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本征激发后留下的空位称为空穴。空 穴和电子一样可以参与导电,是带正电荷的 载流子。
本征激发中产生的两种载流子总是成 对出现的。实际上,在自由电子-空穴对产 生的过程中,还同时存在复合过程。温度 一定时,激发和复合达到平衡。
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硅原子 磷原子
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N型半导体
Si
Si
多余电子
P
Si
N型硅表示 +
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P型半导体
硅或锗 +少量硼 P型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，
如硼（或铝,铟），晶体点阵中的某些半导体
原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价
电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，
扩散运动
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1.1.3半导体二极管及其特性
• 半导体二极管的核心部分就是一个PN结。 P区引出端叫正极(或阳极)，N区引出端 叫负极(或阴极)。二极管一般采用文字符 号“D”表示，箭头所指方向是PN结正 向电流的方向，它表示二极管具有单向导 电性。
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1.二极管的单向导电性 二极管的正向接法: P区加高电压、N区加低电压。
P型半导体
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+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
N型半导体
14
PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和N型半导体，经过载流子的 扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。
PN结形成空间电荷区,内电场由N区 指向P区。
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PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
N型半导 内电场E 体
－－－－ － － + + + + + +
－－－－ － － + + + + + +
－－－－ － － + + + + + +
－－－－ － － + + + + + +
空间电荷区
(耗尽层)
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扩散运动
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PN结处载流子的运动
漂移运动
－－ + +
反向饱和电流 很小，A级
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
－－－－ － －
N型半导 内电场E 体
+ +++++ + + 内移+电运+场 动越越+ 强强+，，就而使漂漂移 + + 使+空+间电+ 荷+区加宽。
+ +++++
扩散的结果是使空间电
荷区逐渐变薄。
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扩散运动
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PN结处载流子的运动
二极管的反向接法: P区加低电压、N区加高电压。
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PN结正向偏置
空间电荷区变薄
P
－+
+
－+
－+ 正向电流
－+
N _
内电场减弱，使扩散加强， 扩散漂移，正向电流大
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PN结反向偏置 空间电荷区变厚
P
－－ + +
N
－－ + +
+
－－ + +
光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。
掺杂灵敏性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
百度文库
2020/10/16
3
1.1.2 本征半导体、P型半导体及N型半导体
产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子
来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电
的离子。由于硼原子接受电子，所以称硼为
受主杂质。
2020/10/16
12
硅原子 空穴
P型半导体 Si Si
硼原子
B
Si
P型硅表示
空穴被认为带一个单位的正电荷，并且
可以移动 2020/10/16
13
杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷 （或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被 杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子， 其中四个与相邻的半导体原子形成共价键， 必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚， 很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子 就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原 子给出一个电子，称磷为施主杂质。
1.本征半导体
现代电子学中，用的最多的半导体是硅(14)和锗 32)，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
Si 硅原子
2020/10/16
Ge
锗原子
4
在硅和锗晶体中，每个原子与其相邻的原 子之间形成共价键，共用一对价电子。形成共 价键后，每个原子的最外层周围电子是八个， 构成稳定结构。
共价键就是相邻两个原子中的价电子作为 共用电对而形成的相互作用力。共价键有很强 的结合力，使原子规则排列，形成晶体。